Бронза — это металлический сплав меди, плотность которого варьируется в зависимости от содержания легирующих элементов. Обычно плотность бронзы составляет от 7.4 до 9.3 грамма на кубический сантиметр (г/см³), или от 0.267 до 0.336 фунта на кубический дюйм (фунт-сила/дюйм³).
Плотность бронзовых сплавов
В следующей таблице представлены номинальные плотности для нескольких бронзовых сплавов, обозначенных по Единой системе нумерации (UNS), которые обычно указываются в инженерных приложениях.
| Оценки | Описание | Легирующие элементы | Плотность (г / см³) | Плотность (фунты/дюйм³) |
| C51000 | Фосфорная бронза | Cu, Sn, P | 8.86 | 0.320 |
| C63000 | Никель-алюминиевая бронза | Cu, Al, Ni, Fe | 7.58 | 0.274 |
| C65500 | Высококремнистая бронза А | Cu, Si, Mn | 8.53 | 0.308 |
| C86300 | Марганцевая бронза | Cu, Zn, Mn, Al, Fe | 7.60 | 0.275 |
| C90700 | Оловянная бронза | медь, олово | 8.78 | 0.317 |
| C93200 | Свинцово-оловянная бронза | Cu, Sn, Pb, Zn | 8.91 | 0.322 |
| C95400 | Алюминиевая бронза | Cu, Al, Fe, Ni | 7.50 | 0.271 |
Как рассчитать плотность бронзы?
Бронза — один из древнейших металлических сплавов, созданных человеком. Это сплав меди, обычно с оловом в качестве основной добавки. Однако в состав бронзовых сплавов могут входить и другие элементы, такие как фосфор, марганец, алюминий или цинк, для улучшения таких свойств, как прочность, твёрдость или коррозионная стойкость. Добавление этих различных элементов обуславливает разную плотность бронзы. Представьте себе смузи: добавление тяжёлых ингредиентов, таких как протеиновый порошок, сделает его плотнее, чем просто лёгкие фрукты. Аналогично, добавление более тяжёлых элементов, таких как свинец, к медной основе приводит к более плотной бронзе, в то время как более лёгкие элементы, такие как алюминий или кремний, снижают её плотность.
Как мы знаем, общая формула плотности выглядит так: ρ = м / В. где ρ — плотность, m — масса, а V — объем.
Для многокомпонентного сплава, такого как бронза, насыпную плотность можно приблизительно оценить по правилу смесей, предполагающему идеальный твердый раствор без значительного изменения объема при смешивании:
где wi — массовая доля, а ρi — плотность i-го компонента. Хотя это и обеспечивает теоретическую основу, фактическая измеренная плотность зависит от получаемой микроструктуры, включая распределение фаз и потенциальную пористость.
Основными факторами, определяющими плотность бронзового сплава, являются атомные массы и атомные радиусы его элементов. Медь, основной металл, имеет плотность 8.96 г/см³.
Добавление более тяжёлых элементов. Элементы с большей атомной массой, чем у меди, такие как олово (Sn, ρ≈7.31 г/см³) и, в особенности, свинец (Pb, ρ=11.34 г/см³), влияют на конечную плотность. Хотя олово менее плотно, чем медь, его сочетание в решётке и типичное включение других элементов часто приводят к образованию плотного сплава. Свинец, будучи значительно более плотным, заметно увеличивает удельный вес сплава.
Добавление более лёгких элементов. Элементы с меньшей атомной массой, в частности алюминий (Al, ρ = 2.70 г/см³) и кремний (Si, ρ = 2.33 г/см³), существенно снижают плотность получаемого бронзового сплава.
Заключение
Плотность бронзы – переменная характеристика, напрямую зависящая от типа и процентного содержания легирующих элементов и зависящая от способа производства. Она варьируется от примерно 7.5 г/см³ для сплавов с высоким содержанием алюминия до более 8.9 г/см³ для бронз с высоким содержанием свинца и олова. Для инженеров плотность – это не просто физическая константа, а ключевой параметр конструкции, влияющий на массовые характеристики и структурные требования. Глубокое понимание этой характеристики необходимо для высококачественного производства. обработка бронзы с ЧПУ.
